散射射线准直器、X射线探测器和医学设备的制作方法

本实用新型涉及一种散射射线准直器、一种X射线探测器和一种医学设备，其中通过加强元件减轻散射射线准直器的变形。

背景技术：

在X射线成像中，例如在计算机断层扫描、血管造影术或射线照相术的X射线成像中，可以使用直接转换的计数型X射线探测器或间接转换的积分型X射线探测器。

在直接转换的X射线探测器中，X射线或光子可以通过合适的转换器材料转换成电脉冲。例如可使用CdTe、CZT、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TlBr2、HgI2、GaAs等作为转换器材料。电脉冲由评估电子装置、例如集成电路(专用集成电路ASIC)来评估。在计数型X射线探测器中，通过对转换器材料中吸收X射线光子所触发的电脉冲进行计数以测量射入的X射线。电脉冲的幅度通常与所吸收的X射线光子的能量成比例。由此，可通过将电脉冲的幅度与阈值进行比较来提取光谱信息。

在间接转换的X射线探测器中，X射线或光子可以通过合适的转换器材料转换成光并且通过光电二极管转换成电脉冲。通常使用闪烁体作为转换器材料，例如使用GOS(Gd2O2S)、CsJ、YGO或LuTAG。闪烁体特别是用于能量范围高达1MeV的医学X射线成像。通常使用所谓的间接转换的X射线探测器(所谓的闪烁体探测器)，其中X射线或γ射线向电信号的转换在两个阶段中进行。在第一阶段中，X射线或γ量子在闪烁体元件中被吸收并且转换成光学上的可见光，这种效应称为发光。然后在第二阶段中，由发光所激发的光通过与闪烁体元件光耦合的第一光电二极管转换成电信号，通过评估电子装置或读取电子装置被读取，然后被传输到运算单元。

从文献DE 10 2007 051 306 A1中已知一种用于X射线探测器或γ探测器的散射射线准直器，包括用于多个散射辐射吸收元件的支架，该多个散射辐射吸收元件被布置在第一方向和第二方向上。该支架在第二方向上具有第一区段和相邻的第二区段，该第一区段和第二区段具有用于散射辐射吸收元件的保持元件。该保持元件被布置成使得两个相邻的散射辐射吸收元件的吸收面在第一方向上彼此面对，并且不同区段的各自两个散射辐射吸收元件在第二方向上基本上等平面地依次布置。

从文献DE 10 2012 206 546 A1中已知一种CT探测器的散射辐射光栅，该CT探测器具有多个探测器元件，其中多个探测器元件在CT系统的方向和z方向上被布置成多行，并且散射辐射光栅具有与探测器元件匹配地布置的多个自由通道，其中自由通道在其纵向侧完全被壁部包围，并且散射辐射光栅的壁部通过使用3D丝网印刷工艺制成。

从文献DE 10 2014 217 569 A1中已知一种用于辐射探测器的准直器模块，具有多个利用成型工艺制成的一体的准直器层，这些准直器层具有平面的光栅结构。在此，这些准直器层分别具有位于外部的吸收棱边。如果这些准直器层包括在至少一个吸收棱边处具有至少一个参考结构的第一准直器层，则可特别精确且简单地进行准直器模块的定位，其中该参考结构通过成型工艺形成。在第一准直器层的一体式制造中，特别精确地制造用于定位准直器模块的参考结构。

为了抑制在拍摄时产生的散射辐射，用于计算机断层扫描系统的现代探测器配备有3D准直器作为散射射线准直器。该3D准直器可实现在径向(方向)和轴向(z方向)上对散射辐射的抑制。为了确保尽可能无阴影的结构，需要将这些3D准直器精确地定位且固定在探测器模块上。发明人认识到，在拍摄期间，特别是在X射线源-探测器系统的旋转期间，散射射线准直器应尽可能少地变形，以避免图像伪影。发明人认识到，由于无法将X射线探测器直接固定在直接转换的转换器元件上，因此会使得在使用直接转换的X射线探测器方面的变形问题更加严重。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提出一种散射射线准直器、一种X射线探测器和一种医学设备，它们可实现在拍摄期间减小散射射线准直器的变形。

根据本实用新型，该目的通过本文所述的散射射线准直器、X射线探测器和医学设备来实现。

本实用新型涉及一种散射射线准直器，包括一个堆叠结构，该堆叠结构具有一个平面的光栅元件和一个平面的加强元件，该光栅元件和该加强元件分别具有基本相等的平面延伸。光栅元件具有：基本平行于堆叠方向的多个准直器壁，以及布置在准直器壁之间的、基本上平行于堆叠方向延伸的穿透通道，特别是多个穿透通道。穿透通道可对应于探测器元件的一个像素或探测器元件的一组像素。平面的加强元件对于X射线基本上是可穿透的或透明的。平面的光栅元件和平面的加强元件彼此机械连接。

加强元件可具有与光栅元件基本相等的平面延伸，其中加强元件至少具有与光栅元件特别是全等的平面延伸，和/或其中加强元件可具有与光栅元件相比更大的平面延伸。例如，该更大的平面延伸可以被构造在z向上。例如，该更大的平面延伸可以被扩大，使得例如作为凹槽的第一定位元件被构造在与光栅元件的重叠区域之外。

准直器壁和/或穿透通道基本上平行于堆叠方向构造或定向，其中与堆叠方向的偏差可达15度，特别是小于10度。

发明人认识到，可在运行期间通过在射线入射侧和/或射线出射侧的加强元件有利地提高散射射线准直器的刚度。特别是在使用具有例如金属薄片作为准直器壁的光栅元件时，或使用具有采用塑料材料的准直器壁的光栅元件时，可有利地实现稳定性的提高。例如，可以借助于丝网印刷工艺或成型工艺，通过使用金属填充的塑料材料来制造准直器壁。

有利的是，特别是可沿较短的延伸方向(例如沿方向)实现散射射线准直器的机械稳定性的提高。有利地，可通过旋转力将散射射线准直器的变形从最初几百微米减小到几微米。有利地，散射射线准直器在旋转力的影响下可更稳定。有利地，可提高散射射线准直器的强度。有利地，可提高散射射线准直器的稳定性，使得沿定子的半径在离心力的影响下减小变形。另一优点在于，可改善部件在制造环节中的可操作性。可通过加强元件保护光栅元件免受损坏。有利地，可提高散射射线准直器的机械稳定性，其具有沿轴的较短延伸部和特别是与较短延伸部平行的例如沿z轴的较长延伸部。有利地，无需例如通过直接粘合而将散射射线准直器与直接转换的转换器元件机械连接，便可实现散射射线准直器具有足够的机械稳定性。直接转换的转换器元件可以具有低强度特性。

根据本实用新型的一个方面，加强元件被设置在散射射线准直器的射线入射侧和/或散射射线准直器的射线出射侧。散射射线准直器的射线入射侧可构造在光栅元件或加强元件的面向X射线源的一侧。散射射线准直器的射线入射侧可构造在光栅元件或加强元件的背离X射线源的一侧。在堆叠结构中可构造至少一个加强元件。在射线入射侧的加强元件的厚度可以与在射线出射侧的加强元件的厚度不同。有利地，可通过在散射射线准直器的射线入射侧的第一加强元件和在散射射线准直器的射线出射侧的第二加强元件，进一步提高散射射线准直器的稳定性。

根据本实用新型的一个方面，加强元件吸收少于5％的图像有效辐射量。平面加强元件对于X射线辐射基本上是可穿透的或透明的，其中加强元件可包括高达5％的吸收。图像有效辐射量可以表示：特别是在通过没有加强元件的散射射线准直器之后可入射到探测器元件的探测表面上或可由探测器元件探测的辐射量。加强元件可以特别是具有很小的厚度。加强元件可被X射线穿透或对X射线具有很低的吸收系数。有利地，可以实现散射射线准直器的机械稳定性的提高，而不会使图像质量或剂量效率显著恶化。

根据本实用新型的一个方面，加强元件具有至少70N/mm²的强度。该强度可以是抗拉强度或抗断强度。有利地，特别是可沿散射射线准直器的可能的较短延伸部提高稳定性。有利地，可以最优地选择X射线的强度吸收比，从而可在低吸收的情况下同时实现期望的稳定性。

根据本实用新型的一个方面，加强元件具有碳纤维增强塑料或丙烯酸玻璃(PMMA)。加强元件可具有密度例如为1.0g/cm³至1.7g/cm³的材料。例如，该材料的线性衰减系数可以在丙烯酸玻璃或碳纤维增强塑料的线性衰减系数范围内，特别是具有最大+/-20％的偏差。有利地，可提高散射射线准直器的稳定性。例如，可使用厚度为0.25mm的由碳纤维增强塑料制成的加强元件。然而，也可考虑满足所需性能的其他材料。加强元件的材料可优选为对X射线稳定的材料。

根据本实用新型的一个方面，加强元件具有基本恒定的厚度。有利地，可在散射射线准直器的平面上或特别是对于所有穿透通道实现辐射量的均匀影响。

根据本实用新型的一个方面，加强元件具有变化的厚度。加强元件例如可设计成使得加强元件突出到穿透通道中，从而可在相应的穿透通道内实现特别是对于所有穿透通道恒定的厚度。加强元件可精确配合地例如设计为准直器壁的负片，使得加强元件与准直器壁接合。加强元件可具有与准直器壁接合的突出部。穿透通道特别是可仅部分地由加强元件填充。有利地，可实现提高的稳定性和精确的定位。

根据本实用新型的一个方面，加强元件具有在0.1mm至0.5mm的范围内的厚度。加强元件优选地具有0.2mm至0.3mm的厚度。加强元件特别优选地具有0.25mm的厚度。加强元件特别优选地具有碳纤维增强塑料。有利地，可减少对辐射量的影响。有利地，可使散射射线准直器具有足够的稳定性。在使用丙烯酸玻璃的情况下，厚度可大于0.5mm。

根据本实用新型的一个方面，光栅元件和加强元件通过粘合剂连接。加强元件特别是可以在背离或面向X射线源的一侧、在整个平面上与准直器壁的端面粘合。可借助于刮板将粘合剂特别是整面地施加到加强元件上。有利地，可实现加强元件与光栅元件的简单构造的且持久的机械连接。

根据本实用新型的一个方面，散射射线准直器还具有用于固定光栅元件和/或加强元件的保持元件。保持元件可用于在X射线探测器内例如相对于探测器元件进行固定。保持元件可包括与光栅元件和/或与加强元件的机械连接。有利地，可避免光栅元件的机械负荷。散射射线准直器可桥式地跨越探测器元件。散射射线准直器可被称为桥准直器。散射射线准直器可跨越多个X射线探测器或多个探测器模块。有利地，散射射线准直器可相对于探测器元件精确地定位。

根据本实用新型的一个方面，加强元件具有第一定位元件，其与位于光栅元件和/或保持元件处的第二定位元件接合。加强元件的可能突出到穿透通道中的突出部可以被称为第一定位元件。准直器壁可以被称为第二定位元件。加强元件可以特别是在与光栅元件的重叠区域之外例如具有凹槽，以作为第一定位元件。保持元件可具有销钉或其他突起部，以作为第二定位元件，第一定位元件与第二定位元件接合。加强元件可在与光栅壁的重叠区域中例如具有凹槽，作为第一定位元件。相应的光栅壁可具有销钉或其他突起部，作为第二定位元件，第一定位元件与第二定位元件接合。有利地，第一定位元件和第二定位元件可以使加强元件精确地定位。第一定位元件和第二定位元件特别是可以分别布置在散射射线准直器的对置侧上。在对置侧上的布置可以是相同的，例如分别被布置在中间，或者可以是不同的，例如不对称地布置。

此外，本实用新型还涉及一种X射线探测器，包括堆叠布置，该堆叠布置具有探测器元件和根据本实用新型的散射射线准直器。有利地，根据本实用新型的散射射线准直器的优点也可以适用于X射线探测器。特别地，探测器元件可以具有直接转换的转换器材料。有利地，通过提高的机械稳定性可以实现可靠的散射射线准直。

根据本实用新型的一个方面，借助于保持元件在光栅元件和探测器元件之间形成间距。有利地，可在探测器元件和散射射线准直器或光栅元件之间实现间接机械连接。有利地，可避免散射射线准直器与探测器元件的直接粘合。

此外，本实用新型还涉及一种具有根据本实用新型的X射线探测器的医学设备。根据本实用新型的一个方面，医学设备是计算机断层扫描系统。有利地，根据本实用新型的X射线探测器的优点也可以适用于该医学设备。有利地，可以通过提高机械稳定性，来实现可靠的图像质量。

附图说明

下文将参考附图详细地阐释本实用新型的实施例。其中：

图1示意性地在第一实施方式中示出了根据本实用新型的X射线探测器的图示；

图2示意性地在第二实施方式中示出了根据本实用新型的X射线探测器的图示；

图3示意性地在第三实施方式中示出了根据本实用新型的X射线探测器的图示；

图4示意性地在第四实施方式中示出了根据本实用新型的X射线探测器的图示；

图5示意性地在第五实施方式中示出了根据本实用新型的X射线探测器的图示；

图6示意性地在第六实施方式中示出了根据本实用新型的X射线探测器的图示；

图7以分解图的方式示意性地示出了根据本实用新型的散射射线准直器的图示；

图8以考虑射线入射侧的第一俯视图的方式示意性地示出了根据本实用新型的散射射线准直器的图示；

图9以考虑射线出射侧的第二俯视图的方式示意性地示出了根据本实用新型的散射射线准直器的图示；并且

图10示意性地示出了根据本实用新型的计算机断层扫描系统的图示。

具体实施方式

图1以第一实施方式示出了根据本实用新型的X射线探测器15的示例性实施方式。散射射线准直器1具有堆叠结构，该堆叠结构具有平面的光栅元件2和平面的加强元件7，光栅元件2和加强元件7分别具有基本相等的平面延伸8。光栅元件2具有：基本上平行于堆叠方向17的多个准直器壁3，以及被布置在多个准直器壁3之间的、基本上平行于堆叠方向17延伸的穿透通道5。平面的加强元件7基本上可被X射线19穿透。平面的光栅元件2和平面的加强元件7彼此机械连接。X射线19入射到散射射线准直器1的射线入射侧。X射线探测器15具有堆叠布置，该堆叠布置具有探测器元件13和散射射线准直器1。在散射射线准直器的与射线入射侧对置的射线出射侧布置有探测器元件13。加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线入射侧。加强元件7吸收小于5％的图像有效辐射量。加强元件7具有至少为70N/mm²的强度。加强元件7具有碳纤维增强塑料或丙烯酸玻璃。加强元件7具有基本恒定的厚度。加强元件7具有在0.1mm至0.5mm的范围内的厚度。加强元件优选地具有厚度为0.25mm的碳纤维增强塑料。光栅元件2和加强元件7借助于粘合剂彼此机械连接。

图2以第二实施方式示出了根据本实用新型的X射线探测器15的示例性实施方式。加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线出射侧。

图3以第三实施方式示出了根据本实用新型的X射线探测器15的示例性实施方式。加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线入射侧并且被布置在散射射线准直器1的射线出射侧。

图4以第四实施方式示出了根据本实用新型的X射线探测器15的示例性实施方式。加强元件7具有变化的厚度。加强元件7被设计成使得加强元件7突出到穿透通道5中，其中在相应的穿透通道5内构造对于所有穿透通道5恒定的厚度。加强元件7被精确配合地设计成准直器壁3的负片，使得加强元件7与准直器壁3接合。加强元件7具有与准直器壁3接合的突出部。穿透通道5特别是仅部分地由加强元件7的突出部填充。加强元件7布置在散射射线准直器1的射线入射侧。

图5以第五实施方式示出了根据本实用新型的X射线探测器15的示例性实施方式。具有变化厚度的加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线出射侧。

图6以第六实施方式示出了根据本实用新型的X射线探测器15的示例性实施方式。具有变化厚度的加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线入射侧并且被布置在散射射线准直器1的射线出射侧。

图7以分解图方式示出了根据本实用新型的散射射线准直器1的示例性实施方式。在散射射线准直器1的射线入射侧的上方和散射射线准直器1的射线出射侧的下方示出了加强元件7。此外，散射射线准直器1还具有两个保持元件12，以用于固定光栅元件2和加强元件7。保持元件12分别横向地被布置在平面光栅元件2的投影之外。保持元件12与光栅元件2机械连接。加强元件7具有作为第一定位元件9的凹槽，该凹槽与在保持元件12处作为第二定位元件11的销钉接合。

图8以考虑射线入射侧的第一俯视图方式示出了根据本实用新型的散射射线准直器1的示例性实施方式。加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线入射侧。优选地，在散射射线准直器1的射线出射侧布置有第二加强元件。在光栅元件2和探测器元件13之间，借助于保持元件12而形成间距。

图9以考虑射线出射侧的第二俯视图方式示出了根据本实用新型的散射射线准直器的示例性实施方式。加强元件7被布置在散射射线准直器1的射线出射侧。优选地，在散射射线准直器1的射线入射侧布置有第二加强元件。

图10示出了根据本实用新型的计算机断层扫描系统31的示例性实施方式。计算机断层扫描系统31包括具有转子35的机架33。转子35包括X射线源37和探测器装置29。该探测器装置包括至少一个根据本实用新型的X射线探测器，特别是多个根据本实用新型的X射线探测器。转子35可沿方向围绕旋转轴线z 43转动。检查对象39躺在患者台41上，并且可沿旋转轴线z 43移动而穿过机架33。为了控制计算机断层扫描系统并且计算截面图像，使用运算单元45。输入装置47和输出装置49与运算单元45连接。

尽管已通过优选实施例详细地说明了本实用新型，但本实用新型并不局限于所公开的示例，并且本领域技术人员可在不脱离本实用新型保护范围的情况下从中推导出其他变型方案。